PT2844474T

PT2844474T - Unidade de iluminação com reflector

Info

Publication number: PT2844474T
Application number: PT137148474T
Authority: PT
Inventors: Schadt Susanne; Peil Michael; Maiweg Harald
Original assignee: Heraeus Noblelight Gmbh
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2016-10-18
Also published as: HUE030637T2; CA2872074A1; ES2599278T3; HRP20161336T1; SI2844474T1; KR101748016B1; LT2844474T; DE102012008641A1; WO2013164051A1; CN104428136A; JP5921763B2; JP2015524158A; US20150130880A1; CN109973958A; CA2872074C; BR112014027222A2; EP2844474A1; US9266360B2; EP2844474B1; PL2844474T3

Description

DESCRIÇÃO

UNIDADE DE ILUMINAÇÃO COM REFLECTOR A invenção refere-se a uma unidade de iluminação que compreende um primeiro módulo e pelo menos um segundo módulo, tendo cada um vários LEDs distribuídos sobre uma superfície de módulo, em que os módulos se encontram proporcionados em pelo menos um dissipador para a dissipação de calor perdido, e um reflector, em que luz emitida de um dos módulos é desviada pelo reflector para uma abertura de saída da unidade de iluminação. A EP 2 375 133 A2 descreve uma unidade de iluminação com um dissipador arrefecido a ar, na qual dois módulos de LED se encontram proporcionados em frente um do outro. A luz dos dois módulos de LED é colimada por colimadores que estão colocados individualmente nos LEDs e é desviada por dois espelhos de desvio, em 90° cada, para uma direcção de saída conjunta. A luz que sai da unidade de iluminação é totalmente divergente. A EP 2 284 006 A2 descreve uma fonte de luz para a secagem por UV com a luz que a deixa agrupada. 0 objectivo da invenção é o de criar uma unidade de iluminação que pode ser usada para obter uma elevada densidade de irradiação com um desenho optimizado.

Este objectivo é alcançado por uma unidade de iluminação de acordo com a reivindicação 1. A agregação por meio do sistema óptico permite que um grande ângulo de abertura de cada LED seja agregado na estrutura da superfície alvo. Além disso, a deflexão da luz por meio do reflector permite que seja atingida uma grande flexibilidade em termos de forma e tamanho da unidade de iluminação.

Especificamente, a posição montada e o tamanho do dissipador, ou elementos de arrefecimento, podem ser seleccionados apropriadamente de modo a que seja reduzida a altura instalada da unidade de iluminação na direcção de saída da luz. Actualmente, a direcção de saída deve ser entendida como significando a direcção principal geométrica da luz depois da deflexão e ao sair da abertura de saída.

No geral, vantajosamente por meio do reflector ou vários reflectores, a luz de vários módulos que se encontram em várias posições diferentes e/ou emitem luz em diferentes direcções principais, pode ser desviada para a mesma direcção de saída da unidade de iluminação, em por exemplo 90°. De acordo com a invenção trata-se neste caso deflexão da luz de módulos opostos com direcções de emissão opostas, em que o reflector ou reflectores está/estão disposto(s) entre os módulos e desvia(m) a luz para a saída conjunta.

No âmbito da invenção, um sistema óptico deve ser entendido como significando qualquer objecto posicionado no caminho óptico por meio do qual pode ser obtida uma mudança definida na direcção de propagação dos feixes de luz geométricos. Em especial são estas as lentes que são translúcidas para os feixes de luz, incluindo lentes cilíndricas e lentes de Fresnel. No entanto, pode muito bem referir-se a reflectores que possuem uma curvatura definida. Da mesma forma, uma curvatura definida do reflector de deflexão, por meio da qual é obtido um agrupamento para uma estrutura definida, é um sistema óptico no âmbito da invenção.

Numa forma de realização preferida da invenção encontra-se previsto que o sistema óptico compreenda um sistema óptico primário para o agrupamento da luz emitida que se encontra proporcionado directamente nos LEDs. Um sistema óptico principal deste tipo pode ser usado para transportar um ângulo espacial particularmente grande de luz que é normalmente emitido pelos LEDs com um grande ângulo. Por exemplo pode-se tratar neste caso de várias lentes de recolha que estão proporcionadas sobre um LED.

Numa forma de realização preferida adicional, o sistema óptico principal encontra-se proporcionado como uma camada de polímero transparente aplicada sobre os módulos e que se estende, individualmente, ao longo de pelo menos vários LEDs. Uma camada de polímero deste tipo pode estar realizada, por exemplo, de acordo com os sistemas ópticos descritos em WO 2012/031703 AI. Neste contexto, um módulo de LED é coberto com um silicone resistente a UV num molde de moldagem aberto.

Numa forma de realização alternativa ou adicional da invenção, o sistema óptico compreende um sistema óptico secundário que se encontra proporcionado num trajecto óptico da luz, encontrando-se espacialmente separado de um módulo. Para a diferenciação do conceito de sistema óptico principal, um sistema óptico secundário deve presentemente ser entendido como significando no geral um sistema óptico que não está posicionado directamente nos LEDs. Por conseguinte são possíveis por isso as formas de realização que compreendem um sistema óptico secundário, mas nenhum sistema óptico principal. Numa forma de realização particularmente preferida, tanto um sistema óptico primário como um sistema óptico secundário encontram-se proporcionados no caminho óptico da unidade de iluminação que resulta num desenho particularmente compacto com uma elevada intensidade de irradiação.

De acordo com uma forma de realização preferida, o sistema óptico secundário encontra-se proporcionado como uma camada de polímero transparente num substrato transparente. Neste contexto, o sistema óptico secundário pode ser fabricado como os sistemas ópticos descritos em WO 2012/031703 AI, em que um substrato transparente, por exemplo vidro, no lugar de um módulo de LEDs, está coberto com um silicone resistente a UV num molde aberto de moldagem. É em geral vantajoso para o sistema õptico compreender pelo menos uma lente cilíndrica por meio da qual a luz de vários LEDs, que se encontram proporcionados numa fila, pode ser agregada. Uma lente cilíndrica deste tipo pode estar proporcionada, em particular, num sistema óptico secundário que se encontra proporcionado distanciado dos referidos LEDs,

Numa forma de realização preferida pormenorizada da invenção a estrutura definida encontra-se realizada como uma linha recta. De preferência, mas não necessariamente, a unidade de iluminação estende-se paralelamente à referida linha numa direcção longitudinal, e apresenta neste contexto um comprimento na referida direcção que é pelo menos duas vezes, de preferência pelo menos três vezes, uma altura instalada da unidade de iluminação numa direcção ascendente que é perpendicular à direcção longitudinal.

Também é vantajoso ter o reflector proporcionado oposto ao módulo de LEDs a um ângulo entre 30° e 60°. Especificamente, o ângulo pode ser de aprox. 45° de tal modo que, no total, os feixes de luz são desviados por aprox. 90°, o que favorece a baixa altura instalada da unidade de iluminação. No âmbito da invenção, o reflector proporcionado num ângulo deve ser entendido como referindo-se a uma deflexão de um raio principal do feixe de luz por duas vezes este ângulo. Neste sentido, não apenas os planos, mas também os reflectores curvos, encontram-se proporcionados num certo ângulo.

De preferência, a unidade de iluminação encontra-se projectada de tal modo que uma intensidade de irradiação na estrutura situa-se em pelo menos 2 W/cm2. Isto permite, em particular, a utilização para instalações de secagem, tais como, por exemplo, secagem de pintura por luz UV, como um componente de um método de impressão.

Vantajosamente, pelo menos 50% da luz emitida pelos LEDs encontra-se numa gama de comprimento de onda abaixo de 470 nm. Isto permite que a unidade de iluminação seja proj ectada como um emissor de UV, pelo menos principalmente. A combinação adicional de características de acordo com a invenção permite que o emissor de UV seja facilmente integrado num dispositivo técnico, por exemplo numa máquina de impressão.

Alternativamente, pelo menos 50% da luz emitida pelos LEDs encontra-se numa gama de comprimento de onda de mais de 780 nm. Isto permite que a unidade de iluminação seja projectada como um emissor de IR, pelo menos principalmente. A combinação adicional de características de acordo com a invenção permite que o emissor de IR seja flexivelmente integrado num dispositivo técnico, por exemplo numa máquina de impressão. A secagem dos vernizes ou tintas de máquinas de impressão é efectuada, dependendo do projecto, pela luz UV, sendo que tem lugar a reticulação da substância a ser seca, ou por acção do calor, pelo que é preferível utilizar emissores IR. É geralmente preferido ter uma quantidade de calor transferido para o dissipador retirado por um fluido de arrefecimento líquido de modo a que, no total, uma quantidade particularmente grande de calor perdido pode ser dissipada mesmo se as condições de montagem da unidade de iluminação forem desfavoráveis. Os meios de arrefecimento líquidos apresentam uma capacidade maior de calor do que os gases, e permitem um alto poder de refrigeração. A dissipação pode prosseguir através da transferência do fluido de arrefecimento em fase líquida, por exemplo por meio de um ciclo de refrigerante circulado. Em alternativa ou complementarmente, isto pode do mesmo modo dizer respeito à utilização de tubos de calor, em que a retirada de calor conduz inicialmente a uma mudança de fase do fluido de arrefecimento líquido. 0 objectivo da invenção também é alcançado através de um dispositivo para a secagem de um revestimento, que compreende uma unidade de iluminação de acordo com a invenção. A unidade de iluminação de acordo com a invenção é particularmente apropriada para este propósito, uma vez que combina as intensidades de elevada irradiação e flexibilidade, e, em particular, um desenho compacto.

Numa forma de realização preferida adicional, um substrato plano com o revestimento a ser seco e a unidade de iluminação podem ser movidos em direcção um ao outro num sentido de transporte, em que a unidade de iluminação se estende pelo menos parcialmente sobre uma largura do substrato numa direcção transversal e encontra-se proporcionada a uma distância definida acima do substrato. Isto deve incluir o varrimento da superfície do substrato em várias passagens. 0 substrato pode, por exemplo, ser uma matéria impressa que é revestida com verniz ou outra substância a ser impressa sobre ele numa máquina de impressão. 0 objective da invenção também é alcançado através da utilização de uma unidade de iluminação de acordo com a invenção para a secagem de um revestimento, de preferência num processo de impressão.

Outras vantagens e características da invenção serão evidentes do exemplo de forma de realização descrito a seguir bem como nas reivindicações dependentes. São descritos a seguir dois exemplos preferidos de formas de realização da invenção e são ilustrados pormenorizadamente com base nos desenhos em anexo. As figuras representam:

Figura 1 vista esquemática de um primeiro exemplo de forma de realização da invenção.

Figura 2 vista esquemática de um segundo exemplo de forma de realização da invenção.

Uma unidade de iluminação da invenção de acordo com a figura 1 compreende dois módulos de LED 1, em que cada módulo 1 se encontra aplicado a um dissipador 2 para produzir uma ligação termicamente condutora plano. Os módulos 1 compreendem, cada um, vários LEDs 3 distribuídos numa matriz através de uma superfície do módulo que se estende perpendicularmente ao plano de desenho. Os LEDs 3 e outros componentes electrónicos (não mostrados) encontram-se ligados a um suporte plano 4, sendo que, em conjunto, proporcionam cada um, um módulo pastilha sobre placa (COB). Os módulos 1 estendem-se numa direcção longitudinal, que se estende paralelamente ao plano do desenho, e num sentido ascendente, que se estende de cima para baixo no desenho da figura 1 e corresponde a uma direcção de saída da unidade de iluminação. Por conseguinte, uma direcção de emissão principal dos LEDs corresponde a uma direcção transversal que se estende da esquerda para a direita no desenho da figura 1.

Os lados dos módulos 1 equipados com LEDs encontram-se opostos em relação um ao outro, em que um reflector 5 se encontra proporcionado entre os módulos. 0 reflector 5 compreende duas superfícies reflectoras 5a, 5b, em que, actualmente, cada uma das superfícies reflectoras é plana e está inclinada segundo um ângulo de 45° em relação ao plano do respectivo módulo oposto. Consequentemente, um raio de luz proveniente de um LED com um ângulo de 90° em relação ao plano do módulo respectivo (direcção principal do raio) é desviado pela respectiva superfície reflectora 5a, 5b com um ângulo de 90° e sai da unidade de iluminação através de uma abertura de saída 6 numa direcção de saída que é paralela à direcção ascendente. 0 reflector pode ser projectado à vontade, por exemplo, como um prisma, como um espelho de vidro ou de uma placa de espelho. De modo a minimizar as perdas, pode estar presente no presente contexto um acabamento de superfície adequado.

Um sistema óptico principal 8 encontra-se proporcionado nos módulos 1, que estão proporcionados na forma de um revestimento em toda a superfície dos módulos 1 no presente caso. 0 sistema óptico principal compreende lentes 9 à direita de cada um dos LEDs individuais 3, por meio das quais um grande ângulo de abertura de luz emitida é agregado e direccionado para uma superfície alvo 10 (ver vista apresentada e caminhos ópticos que se estendem de forma análoga na figura 2 ) por deflexão pelo reflector 5. Isto está associado à agregação predominante dos raios para uma estrutura na forma de uma linha recta na superfície alvo 10 que se estende na direcção longitudinal. A intensidade da irradiação produzida na referida estrutura pela unidade de iluminação excede claramente 2 W/cm2. A abertura de saída 6 encontra-se coberta por um painel de protecção transparente 7, o qual presentemente não tem nenhum efeito de deflexão no caminho óptico. No entanto, em princípio, o painel de protecção pode também estar realizado como um componente do sistema óptico.

Os elementos de arrefecimento 2 de um modo preferido têm cada um conectores 2a para entrada e saída de um fluido de arrefecimento líquido que flui através dos elementos de arrefecimento de modo a dissipar o calor. 0 líquido de arrefecimento pode estar presente num ciclo fechado e libertar o calor num outro lugar por meio de um permutador de calor. A potência de calor a ser dissipada no caso da presente unidade de iluminação é na ordem de significativamente mais do que 1 kW. 0 segundo exemplo de forma de realização de acordo com a figura 2 difere do primeiro exemplo, na medida em que, adicionalmente ao sistema óptico principal 8, encontra-se proporcionado a montante dos módulos um sistema óptico secundário 11, que melhora ainda mais a agregação de um ângulo de saída dos LEDs que é tão grande quanto possível para a estrutura na superfície alvo. É evidente, neste contexto, que o sistema óptico principal 8, de acordo com o efeito combinado do sistema óptico secundário, pode ter um desenho diferente, em termos de tamanho e distância focal de lentes 9 do que no primeiro exemplo, enquanto que de outro modo sendo construído de acordo com o mesmo princípio.

Os sistemas ópticos secundários 11 encontram-se, cada um, situados a uma distância a montante de um dos módulos 1, mas entre o referido módulo 1 e o respectivo plano do reflector 5a, 5b, de modo a ter um efeito de agregação no percurso óptico tão cedo quanto possível.

Os sistemas ópticos secundários compreendem, cada um, várias lentes cilíndricas paralelas 12 que se estendem na direcção longitudinal. Por conseguinte, pelo menos a luz de uma fila de LEDs é captada por cada uma das lentes cilíndricas 12 e agregada na linha e/ou na estrutura da superfície alvo 10 (material impresso). Três diferentes raios de luz de três LEDs encontram-se desenhados em diferentes ângulos de emissão cada um na figura 2 de maneira exemplar e estão todos agrupados na estrutura na superfície alvo.

Presentemente, os sistemas ópticos principais são fabricados de acordo com um método cujos princípios estão descritos em WO 2012/031703 AI através do revestimento dos módulos COB com silicone num molde de moldagem aberto. Os actuals sistemas ópticos secundários são fabricados de acordo com um processo análogo, em que um substrato plano transparente 13, em vez dos módulos COB, se encontra revestido com silicone resistente aos raios UV, a fim de gerar as estruturas 12 opticamente activas (lentes cilíndricas).

Uma unidade de iluminação de acordo com os exemplos de formas de realização descritos acima é utilizada para efeitos de secagem por UV de verniz e/ou tinta numa máquina de impressão, numa prensa de impressão offset para folhas no presente caso. Uma extensão da unidade de iluminação na direcção longitudinal é tipicamente superior a 1 metro, especificamente 1,6 metros no presente exemplo, o que corresponde à largura da folha da matéria impressa. Tipicamente, de modo a implementar os referidos comprimentos, vários módulos 1 e sistemas ópticos 8 encontram-se proporcionados um após o outro na direcção longitudinal.

Os componentes da unidade de iluminação acima descritos encontram-se acomodados numa caixa 14 que se encontra optimizada em relação ao espaço de instalação.

Uma intensidade de irradiação na superfície alvo em relação à direcção longitudinal é de aproximadamente 10 Watts por cm no presente caso. Neste contexto, a maior parte da luz encontra-se numa gama de comprimento de onda abaixo de 470 nm.

De modo a fabricar unidades de iluminação LED com uma potência muito elevada de saída óptica, são construídos LEDs de um tamanho de 0,1-200 mm2, tipicamente 1-2 mm2 por meio do processo de pastilha sobre placa (chip-on-board, COB) . Neste contexto, vários LEDs, tipicamente 4-200 pastilhas, são montados num módulo num substrato comum tendo uma área de superfície na ordem de 5 a 50 cm2. 0 comprimento desejado da unidade de iluminação é então gerado colocando módulos configurados com LEDs em série. A perda de calor resultante durante a operação, que é provocada por a eficiência dos LEDs ser inferior a 100% (potência de saída óptica relativamente à energia eléctrica fornecida; <100%, tipicamente 5-60% para UV-A e pastilhas de LED azuis), tem de ser dissipada pelos elementos de arrefecimento que actuam como um sistema de arrefecimento.

Os elementos de arrefecimento 8 arrefecidos por líquido são corpos tridimensionais que possuem uma superfície plana na qual os substratos são aplicados. 0 dissipador 8 pode ser totalmente oco no interior ou pode possuir um sistema de canal ou micro-canal. Quanto mais fina for a estrutura no interior do dissipador 8, maior é a superfície comum do dissipador e fluido de refrigeração por meio do qual o calor do sistema pode ser transferido para o fluido de refrigeração.

Esta configuração, que compreende os módulos COB 1 até ao sistema de arrefecimento e é necessária para proteger a unidade de iluminação de sobreaquecimento em funcionamento, define a altura instalada da unidade de iluminação, por razões técnicas, entre o plano de emissão dos módulos e o plano final dos elementos de arrefecimento 8. Para determinados requisitos de energia de luz da unidade de iluminação, isso conduz a alturas mínimas globais instaladas na direcção de emissão dos módulos 1 de até 20 cm num caso típico. Em muitas aplicações, tais como, por exemplo, na impressão folha a folha por meio de tintas curadas por UV e tintas, não podem ser utilizadas as unidades de iluminação da referida altura de construção uma vez que o espaço de montagem disponível na máquina é insuficiente, por exemplo porque os sistemas de preensão que transportam as folhas limitam o espaço de montagem disponível. A disposição dos módulos 1 e reflector 5, de acordo com a invenção, tal como descrito acima permite que a altura instalada para uma unidade de iluminação da densidade de potência requerida seja reduzida de forma significativa. A unidade de iluminação de acordo com a invenção cumpre os requisitos para a implementação de um secador de LED (unidade de iluminação LED) que apresenta uma elevada potência óptica específica (potência total emitida > 10 W por cm de comprimento) que combina as necessidades de arrefecimento eficiente e um sistema óptico eficiente para obter intensidades de irradiação de pico elevado (> 2 W/cm2, a > de 40 mm de distância, com valores-alvo de 4-10 W/cm2 a distâncias de 40-100 mm entre a unidade de iluminação e plano alvo) compreendendo simultaneamente uma baixa altura instalada de <80 mm na direcção de saída.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, ο IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • EP 2375133 A2 [0002] • EP 2284006 A2 [0002] • WO 2012031703 AI [0010] [0012] [0034]

Claims

EP2844474B1 REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de iluminação que compreende um primeiro módulo (1) e pelo menos um segundo módulo (1) tendo cada um vários LEDs (3) distribuídos sobre uma superfície de módulo, em que os módulos (1) se encontram proporcionados em pelo menos um dissipador (2) para a dissipação de calor perdido, e um reflector (5) , em que a luz emitida por um dos módulos (1) é desviada pelo reflector (5, 5a, 5b) para uma abertura de saída (6) da unidade de iluminação, caracterizada por um sistema óptico (8, 9, 11, 12) através do qual a luz dos LEDs (3) é agrupada numa estrutura definida numa superfície alvo (10) se encontrar proporcionado entre pelo menos alguns dos LEDs (3) e a abertura de saída (6), em que o primeiro módulo (1) e o segundo módulo (2) têm direcções opostas de emissão, em que o reflector (5, 5a, 5b) se encontra proporcionado entre os módulos.
2. Unidade de iluminação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o sistema óptico compreender um sistema óptico primário (8, 9) para o agrupamento da luz emitida que se encontra proporcionado directamente nos LEDs.
3. Unidade de iluminação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o sistema óptico principal (8, 9) se encontrar realizado como uma camada de polímero transparente que é aplicada aos módulos e se estende, como uma parte individual, ao longo de pelo menos vários LEDs (3) .
4. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o sistema óptico compreender um sistema óptico secundário (11, 12) que se encontra proporcionado num trajecto óptico da luz EP2844474B1 espacialmente separado de um módulo (1).
5. Unidade de iluminação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o sistema óptico secundário (11, 12) se encontrar proporcionado como uma camada de polímero transparente num substrato transparente (13).
6. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por o sistema óptico compreender pelo menos uma lente cilíndrica (12) por meio da qual a luz de vários LEDs (3) , que se encontram proporcionados numa fila, é agregada.
7. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a estrutura definida se encontrar realizada como uma linha recta.
8. Unidade de iluminação de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a unidade de iluminação se estender paralela a referida linha numa direcção longitudinal e ter um comprimento na referida direcção que é pelo menos duas vezes uma altura instalada da unidade de iluminação numa direcção ascendente que é perpendicular à direcção longitudinal .
9. Unidade de iluminação de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizada por o reflector (5a, 5b) se encontrar proporcionado oposto ao módulo (1) num ângulo entre 30° e 60° .
10. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a intensidade da irradiação na estrutura ser de pelo menos 2W/cm2.
11. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das EP2844474B1 reivindicações anteriores, caracterizada por pelo menos 50% da luz emitida pelos LEDs (3) se encontrar numa gama de comprimento de onda abaixo de 470 nm.
12. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizada por pelo menos 20 a 50% da luz emitida pelos LEDs (3) se encontrar numa gama de comprimento de onda acima de 780 nm.
13. Unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por uma quantidade de calor transferida para o dissipador (2) ser recolhida pelo fluido de arrefecimento líquido.
14. Dispositivo para a secagem de um revestimento, caracterizado por compreender uma unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores.
15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um substrato plano com o revestimento a ser seco e a unidade de iluminação poderem ser movidos em direcção um ao outro num sentido de transporte, em que a unidade de iluminação se estende pelo menos parcialmente sobre uma largura do substrato numa direcção transversal e se encontrar proporcionada a uma distância definida acima do substrato.
16. Utilização de uma unidade de iluminação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13 para a secagem de um revestimento, em particular num processo de impressão.